本實用新型涉及一種具有雙路ZIGBEE通信模塊的網(wǎng)關(guān)模塊，主要應(yīng)用于云智能無線網(wǎng)關(guān)模塊，涉及到土木施工安全監(jiān)測行業(yè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前在土木自動化監(jiān)測領(lǐng)域，隨著系統(tǒng)集成程度高、工況復(fù)雜的使用環(huán)境，對應(yīng)的監(jiān)測方法也隨之而優(yōu)化，其中以無線傳輸、工業(yè)總線、網(wǎng)絡(luò)通信的普遍化為自動話監(jiān)測行業(yè)的快速實現(xiàn)提供技術(shù)支持。

為滿足各種測量對象的數(shù)據(jù)測量，自動化監(jiān)測系統(tǒng)往往同時設(shè)計有各種通信接口方式，例如RS485、RS232、以太網(wǎng)、USB串行通信等，以及有線電纜、無線通信等不同形式的通信方式的不同，難以統(tǒng)一一種設(shè)備進行數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理，存在一定局限性。傳統(tǒng)解決方式是采用計算機、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、無線協(xié)調(diào)器等裝置，對接口協(xié)議進行轉(zhuǎn)換。

上述傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)存在以下的不足：

首先傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，因為協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊功能單一，按照功能拼湊進行實現(xiàn)。且由于協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊往往使用不同廠家的產(chǎn)品，兼容性也存在差異，進一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和維護成本。其次由于傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)需要，如系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?，需要使用電纜、光纖、網(wǎng)線等有線方式進行布設(shè)，施工難度較大，且增加一定材料成本。

傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、多參數(shù)測量等方面，在功能單一、系統(tǒng)復(fù)雜、成本高等方面存在一定的局限性，難以滿足特定工況下的要求。早期版本的網(wǎng)關(guān)模塊主要解決了以下問題：（1）實現(xiàn)多種接口協(xié)議轉(zhuǎn)換，即一個智能模塊同時實現(xiàn)RS485、RS232、以太網(wǎng)、USB、ZIGBEE無線等多種數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)采集功能；（2）實現(xiàn)無線網(wǎng)關(guān)管理，可實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)角色管理無線網(wǎng)絡(luò)，避免現(xiàn)場無線維護的難度和降低成本；（3）實現(xiàn)直流供電、鋰電池供電切換，避免因短時間斷電導(dǎo)致系統(tǒng)無法工作的問題；（4）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定時采集和內(nèi)部存儲；（5）可實現(xiàn)噪聲采集功能。

隨著早期版本的網(wǎng)關(guān)設(shè)備在現(xiàn)場的應(yīng)用，逐步也發(fā)現(xiàn)了對于某些場景下，早期網(wǎng)關(guān)設(shè)備的在管理大數(shù)量的節(jié)點時存在一定局限性，即ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)和網(wǎng)絡(luò)深度有限。因此需要使用兩個或以上的網(wǎng)關(guān)設(shè)備進行使用，增加了一定的系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了克服上述缺陷，本實用新型目的在于提供一種具有雙路ZIGBEE通信模塊的網(wǎng)關(guān)模塊，其相比早期版本的網(wǎng)關(guān)模塊，本設(shè)計保留原有功能模塊外，主要新設(shè)計方式在于使用了兩個ZIGBEE協(xié)調(diào)器模塊，雙路ZIGBEE模塊的網(wǎng)關(guān)模塊功能更全面，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、無線網(wǎng)絡(luò)管理的模塊。

本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于以下問題點：保留早期版本的各種通信接口、噪聲監(jiān)測等功能外，還需要能應(yīng)對不同信道、多個節(jié)點數(shù)量的現(xiàn)場，即多個ZIGBEE局域網(wǎng)絡(luò)的管理功能。 即可降低系統(tǒng)成本，亦可通過兩路模塊分別管理不同信道的ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)，完成局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸功能，減少相互干擾和提高系統(tǒng)可靠性。

本實用新型為了實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：一種具有雙路ZIGBEE通信模塊的網(wǎng)關(guān)模塊，它包括一微處理器，該網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計有直流電源供電電路，內(nèi)置鋰電池作為備用工作電源；直流電源供電電路與內(nèi)置鋰電池通過電源切換電路與微處理器連接并進行切換供電；

模塊內(nèi)設(shè)計有網(wǎng)絡(luò)通信電路、USB通信電路、RS485通信電路、RS232通信電路和噪聲采集電路；

所述網(wǎng)絡(luò)通信電路、USB通信電路、RS485通信電路、RS232通信電路和噪聲采集電路與微處理器連接；

模塊內(nèi)設(shè)計有ZIGBEE通信網(wǎng)關(guān)模塊，ZIGBEE通信網(wǎng)關(guān)模塊的數(shù)量為兩個。

模塊內(nèi)置兩個ZIGBEE通信網(wǎng)關(guān)模塊，兩個模塊可獨立設(shè)置成不同信道進行工作，用于管理兩個不同信道的ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)?？蓱?yīng)對單個模塊無法解決的節(jié)點數(shù)多、組網(wǎng)層數(shù)大于3的ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)。

進一步的，模塊內(nèi)設(shè)計有實時時鐘電路，實時時鐘電路由紐扣電池作為備用電源。

進一步的，模塊內(nèi)設(shè)計有數(shù)據(jù)存儲器電路，數(shù)據(jù)存儲器電路與微處理器連接。

進一步的，該網(wǎng)關(guān)模塊內(nèi)的各部件通過印刷電路板線路進行連接。

進一步的，所述微處理器為A8微處理器。

即使用雙路ZIGBEE協(xié)調(diào)器模塊，達到了所需功能。網(wǎng)關(guān)模塊內(nèi)部設(shè)計有一個32位A8微控制器，作為主控制器，管理和驅(qū)動系統(tǒng)各接口模塊，同時完成數(shù)據(jù)解析、管理、傳輸，其主要工作相當(dāng)于一個多種數(shù)據(jù)語言輸入，一種標準語言輸出的數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換器裝置。

實現(xiàn)RS485數(shù)據(jù)通信及協(xié)議轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計方案是：模塊設(shè)計一個RS485驅(qū)動電路，當(dāng)微控制器檢測到RS485設(shè)備接入系統(tǒng)時，自動驅(qū)動RS485電路，并采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)協(xié)議進行傳輸。

實現(xiàn)RS232數(shù)據(jù)通信及協(xié)議轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計方案是：模塊設(shè)計一個RS232驅(qū)動電路，當(dāng)微控制器檢測到RS232設(shè)備接入系統(tǒng)時，自動驅(qū)動RS232電路，并采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)協(xié)議進行傳輸。

實現(xiàn)USB數(shù)據(jù)通信及協(xié)議轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計方案是：模塊設(shè)計一個標準USB驅(qū)動電路，當(dāng)微控制器檢測到USB設(shè)備接入系統(tǒng)時，按照標準協(xié)議進行驅(qū)動，采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)協(xié)議進行傳輸。

實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信及協(xié)議轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計方案是：模塊設(shè)計一個標準以太網(wǎng)驅(qū)動電路，當(dāng)微控制器檢測到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入系統(tǒng)時，按照標準協(xié)議進行驅(qū)動，采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)協(xié)議進行傳輸。

實現(xiàn)噪聲采集功能的電路設(shè)計方案是：通過麥克風(fēng)將境聲音信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)過不同增益的放大電路，自動根據(jù)噪聲的大小選擇匹配的增益進行放大。放大后的電壓信號經(jīng)過帶通濾波器進行濾波后，再進入到全波整流電路并輸入到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中進行數(shù)值化采集，微控制器對數(shù)值化數(shù)據(jù)進行計算，得到實際噪聲值。

為滿足管理雙路無線網(wǎng)關(guān)的要求，本設(shè)計采用的方案是：使用雙路ZIGBEE協(xié)調(diào)器作為局域網(wǎng)通信裝置，微控制器通過控制兩路ZIGBEE網(wǎng)關(guān)模塊，網(wǎng)關(guān)模塊可自主通過對無線局域網(wǎng)內(nèi)的子無線節(jié)點進行管理、配置、數(shù)據(jù)收發(fā)功能。為了使得兩路ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)不受干擾，A8控制器將ZIGBEE模塊配置成不同信道的網(wǎng)絡(luò)，避免相互干擾。同時這個樣做

本實用新型的網(wǎng)關(guān)模塊電源設(shè)計方案是，使用直流電源作為主電源，并設(shè)計鋰電池充電控制電路。兩路電源經(jīng)過切換電路后，作為系統(tǒng)電源。當(dāng)直流電路供電正常時，系統(tǒng)靠直流電源供電工作，當(dāng)直流供電異常時。例如斷電等，切換電路可自動切換到鋰電池供電，以維持系統(tǒng)的正常工作。

本實用新型的有益效果：

綜上所述，本實用新型內(nèi)部設(shè)計有RS485、RS232、USB、以太網(wǎng)等多種通信接口、ZIGBBEE網(wǎng)關(guān)、實時時鐘、存儲器等，通過微型控制器的自動控制，可實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換、噪聲采集功能，并通過無線進行傳輸，且系統(tǒng)是雙電源供電的裝置，因此可實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換、無線網(wǎng)絡(luò)管理、智能采集的功能，彌補了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中不足。

附圖說明

圖1 是云智能采集模塊功能框圖；

圖2 是采集模塊實際安裝示意圖；

圖2中 ：21是ZIGBEE天線；22是噪聲測量探頭；23是云智能無線網(wǎng)關(guān)模塊的外殼； 24是安裝固定孔；25是網(wǎng)絡(luò)接口； 26是RS232接口；27是RS485接口 ；28是USB接口；29是直流電源輸入接口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1、2對本實用新型進行詳細描述：

一種具有雙路ZIGBEE通信模塊的網(wǎng)關(guān)模塊，它包括一微處理器5，該網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計有直流電源供電電路1，內(nèi)置鋰電池7作為備用工作電源；直流電源供電電路1與內(nèi)置鋰電池7通過電源切換電路2與微處理器5連接并進行切換供電；

模塊內(nèi)設(shè)計有網(wǎng)絡(luò)通信電路9、USB通信電路10、RS485通信電路6、RS232通信電路8和噪聲采集電路11；

所述網(wǎng)絡(luò)通信電路9、USB通信電路10、RS485通信電路6、RS232通信電路8和噪聲采集電路11與微處理器5連接；

模塊內(nèi)設(shè)計有ZIGBEE通信網(wǎng)關(guān)模塊4，ZIGBEE通信網(wǎng)關(guān)模塊4的數(shù)量為兩個。

模塊內(nèi)設(shè)計有實時時鐘電路13，實時時鐘電路13由紐扣電池12作為備用電源。

模塊內(nèi)設(shè)計有數(shù)據(jù)存儲器電路10，數(shù)據(jù)存儲器電路10與微處理器5連接。

該網(wǎng)關(guān)模塊內(nèi)的各部件通過印刷電路板線路3進行連接。

所述微處理器5為A8微處理器。

將云智能數(shù)據(jù)采集模塊，安裝固定于離地面有一定高度，可通過安裝固定孔安裝于室內(nèi)墻壁，安裝完畢后調(diào)整天線、噪聲測量探頭額定角度和位置。

打開云智能無線網(wǎng)關(guān)模塊的電源開關(guān)，此時無線網(wǎng)關(guān)模塊自動獲取無線網(wǎng)絡(luò)地址，并進行數(shù)據(jù)通信，并自動作為無線的網(wǎng)關(guān)對無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行管理、采集、存儲。

通過在無線管理端可設(shè)置云智能采集模塊的實時時鐘、采集間隔、采集方式等參數(shù)，啟動后，云智能無線網(wǎng)關(guān)模塊可實現(xiàn)多參數(shù)自動測量、無線傳輸功能。

無線模塊使用的天線應(yīng)盡量遠離大面積的金屬平面及地面，安裝設(shè)備時，要使天線距離金屬管或者金屬平面至少15cm，安裝位置至少離地面1米以上。并盡量減少天線之間的障礙物。

云智能無線網(wǎng)關(guān)模塊應(yīng)安裝在室內(nèi)，避免因雨水淋濕導(dǎo)致故障。